锂离子电池起火原因分析

材料的危险特性分析
锂电池电解液：
80%以上为有机溶剂，可燃或易燃 锂盐受热分解可以产生PF5或HF，有毒气体 溶剂DMC/EMC为甲类易燃，DEC乙类，EC/PC丙类，但碳酸酯无毒性。
负极：
强烈还原性，与锂金属接近，反应放热量大 电池状态不佳出现粉末状的锂枝晶时更为活跃，见空气即能自燃。 正常状态下的锂化炭负极活性稍低于金属锂，但比表面积比金属锂片大（负极为多孔状电极） 着火后不易扑灭。充电态的负极与金属锂的燃烧特性类似，不能用水或水基灭火剂扑救。
池厂突然起火
•
2016.3.22 深圳美拜成品仓库起火 火事故
• 2016.3.26厦门一电瓶车锂电池厂发生起 • 2016.5.31 启东海四达 成品仓库起火
• 2013.10.26 深圳福永 的基德科技笔记本电池
车间起火
锂电池的内部结构（原理图）
正极/负极/隔膜都浸泡在电解液之中 正极呈氧化性，负极呈还原性，共存 于同一体系。两者电位之差为电池的 电势。 隔膜负责隔离正极与负极，防止直接 接触，同时它具有多孔特征，允许离 子迁移。厚度一般在20微米以下。 正极与负极在电池内部短接称为内部 短路
锂离子电池起火原因分析
南通新宙邦电子材料有限公司 丁祥欢
案例众多
• 1995.11.14 索尼锂电池成品充放电测试室起
火
• 2013.11.22 增城一锂电池厂库房起火 • 2013.12.12 中山天贸 锂电池成品仓库起
火
• 2012.6.16 惠州亿纬锂能 的老化车间发生火
灾
• 2014.8.23 深圳龙华一手机电池厂起火 • 2014.11.19 东莞今明阳电池厂 锂电池车
• 变形可能导致极片错位导致内短路，进而发热导致电解液蒸发鼓张
• 变形导致极片直接接触的短路 • 变形导致外壳破裂，负极暴露在空气中自燃
锂电池最怕什么? 使用中：最怕过充电。会导致电池损坏或起火。
• 负极析锂导致内短路 • 正极析氧，容易导致大量发热或起火 • 电解液分解胀气，外壳变形破裂
锂电池火灾的特点
锂离子电池能量状态与危险性分析
• •
1.原材料/半成品/尚未充电的成品电池：不含能量或能量极低。此时最为安全，只有易燃 的风险 2.充电化成过程电能注入到电池中，电池积累能量，正极脱锂，负极嵌锂，化学活性都急 剧上升。电压越高能量越多，危险性越大。应重点监控此状态。过度充电则必然导致事故。 充电电压上限由厂家规定，通常为4.2V，磷酸铁锂电池在3.9V左右。 但目前所有锂离子电池目前均不能承受4.8V以上电压，存在损坏或起火的危险。 截止电压虽然只相差了0.6V左右，但高出这0.6V会带来严重的安全问题，电压监控必须 准确。
化。
提高锂电池生产安全性的一些措施
• 储存：控制一定空间内的存储量，各存储区加强隔离 • 监控：电池仓库设立 红外感应报警
充放电设备的电器要勤检查，确保无故障（特别是电压监控失灵十分危险）
• 巡查：人员巡查密度和检查细致程度增加 • 绝缘：防止货架不稳定或电池固定不稳定导致的电池互相挤压导致短路
极耳或端子在存贮时要可靠绝缘，防止单体之间接触时短路
正极材料
如果是三元材料或钴酸锂，在高温下还可能释放出氧气
磷酸铁锂相对高温稳定性好，更难释放氧气，所以相对安全一点
因此动力电池中三元材料的安全性更需要严格管控和应对， 钴酸锂基本不用于动力电池用途
隔膜：
隔膜多为PE或PP材料，可燃，但危险性不高。 正极与负极之间只有十几微米厚的隔膜分隔。隔膜一旦刺穿即导致内短路 危险性比较：负极>电解液>正极
• 品质：提升电池品质，控制毛刺/金属异物/隔膜破洞/绝缘不良等机械性的短路因素
谢谢大家！
间起火
• 2013.7.7 深圳优特力的锂电池车间发生火灾 • 2013.9.13 深圳迪比科发生火灾 • 2013.9.25无锡 明杨电池厂发生火灾 • 2013.10.11 深圳倍特力 电池厂车间发生火灾 • 2013.10.21 惠州泰格威电池有限公司 锂电池
车间起火
• 2016.1.16深圳宝安区西乡街道的一家电
引发的常见原因有：
1. 2. 3. 4.
循环过程中析锂，锂枝晶刺破隔膜导致内短路
集流体有毛刺扎穿隔膜导致内短路
隔膜存在瑕疵孔洞导致内短路 金属颗粒物进入电池内部刺破隔膜导致内短路
必须依靠严格的工艺和材料管控消除
锂电池最怕什么? 外部：最怕外壳变形或破裂。
• 防范措施是防止电池高温（60℃以上）以及防止过度受力
2. 受热下电池易鼓壳或破裂。受热下电解液急剧汽化易导致外壳破裂 3. 电池变形后易进一步扩大内部短路，加快热量释放。 4. 破裂后易自燃。外壳破裂后暴露到空气中的负极易起火自燃。
• 单个电池起火后引燃周围其它电池或易燃物，导致火灾扩大。
锂电池最怕什么? 内部：最怕 “内部短路”。一旦发生几乎无法补救
• •
3.放电过程，能量逐步释放出来。到截止电压如2.5V,或2.0V时，能量较低，安全性上升。 但短路仍可能导致火灾。 4.电池搁置状态。危险性取决于电压高低。高则危险，低则相对安全。 锂电池自放电小， 搁置几年也可能仍处于满电态而风险较高。
能量释放过程与特性
• 1. 释能快。电池短路时能量释放极快，在数秒内内释放大量热量
• 烟尘大，负极碳素/隔膜/包装物 不完全燃烧产生烟尘（黑）。来自百度文库解液
锂盐分解也产生烟尘（白）
• 有毒性。可能含有氟化氢或五氟化磷等氟化物，需要防毒气。 进入受
限空间或高浓度区的着火点要自主式呼吸器
• 不适合用水扑救，充电态负极为锂化碳素，遇水产生氢气。 多备黄沙
类/粉末类灭火剂
• 在充放电/满电老化时比较容易发生锂电池失控起火的事故 • 在凌晨导致的火灾较多，人员巡视不及时或火灾未及时发现的容易扩大